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Einführung von Galliumoxid (Ga2O3)

2024-01-24

Galliumoxid (Ga2O3)Als „Halbleitermaterial mit extrem großer Bandlücke“ hat es anhaltende Aufmerksamkeit erregt. Halbleiter mit extrem großer Bandlücke fallen in die Kategorie „Halbleiter der vierten Generation“, und im Vergleich zu Halbleitern der dritten Generation wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) weist Galliumoxid eine Bandlückenbreite von 4,9 eV auf und übertrifft damit Siliziumkarbid beträgt 3,2 eV und Galliumnitrid 3,39 eV. Eine größere Bandlücke bedeutet, dass Elektronen mehr Energie benötigen, um vom Valenzband in das Leitungsband überzugehen, was Galliumoxid Eigenschaften wie hohe Spannungsbeständigkeit, Hochtemperaturtoleranz, hohe Leistungsfähigkeit und Strahlungsbeständigkeit verleiht.


(I) Halbleitermaterial der vierten Generation

Die erste Generation von Halbleitern bezieht sich auf Elemente wie Silizium (Si) und Germanium (Ge). Die zweite Generation umfasst Halbleitermaterialien mit höherer Mobilität wie Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP). Die dritte Generation umfasst Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Die vierte Generation führt Halbleitermaterialien mit ultrabreiter Bandlücke einGalliumoxid (Ga2O3), Diamant (C), Aluminiumnitrid (AlN) und Halbleitermaterialien mit ultraschmaler Bandlücke wie Galliumantimonid (GaSb) und Indiumantimonid (InSb).

Materialien mit extrem großer Bandlücke der vierten Generation haben überlappende Anwendungen mit Halbleitermaterialien der dritten Generation, mit einem deutlichen Vorteil bei Leistungsgeräten. Die zentrale Herausforderung bei Materialien der vierten Generation liegt in der Materialvorbereitung, und die Bewältigung dieser Herausforderung birgt einen erheblichen Marktwert.

(II) Eigenschaften von Galliumoxidmaterial

Ultrabreite Bandlücke: Stabile Leistung unter extremen Bedingungen wie extrem niedrigen und hohen Temperaturen, starker Strahlung, mit entsprechenden Absorptionsspektren im tiefen Ultraviolett, anwendbar auf blinde Ultraviolettdetektoren.

Hohe Durchschlagsfeldstärke, hoher Baliga-Wert: Hohe Spannungsfestigkeit und geringe Verluste, daher unverzichtbar für Hochdruck-Hochleistungsgeräte.


Galliumoxid fordert Siliziumkarbid heraus:

Gute Leistungsleistung und geringe Verluste: Der Baliga-Gütefaktor für Galliumoxid ist viermal so hoch wie der von GaN und zehnmal so hoch wie der von SiC und weist hervorragende Leitungseigenschaften auf. Der Leistungsverlust von Galliumoxid-Geräten beträgt 1/7 von SiC- und 1/49 von Silizium-basierten Geräten.

Niedrige Verarbeitungskosten von Galliumoxid: Die im Vergleich zu Silizium geringere Härte von Galliumoxid macht die Verarbeitung weniger anspruchsvoll, während die hohe Härte von SiC zu deutlich höheren Verarbeitungskosten führt.

Hohe Kristallqualität von Galliumoxid: Das Schmelzwachstum in der Flüssigphase führt zu einer niedrigen Versetzungsdichte (<102 cm-2) für Galliumoxid, während SiC, das mit einem Gasphasenverfahren gezüchtet wird, eine Versetzungsdichte von etwa 105 cm-2 aufweist.

Die Wachstumsrate von Galliumoxid ist 100-mal höher als die von SiC: Das Flüssigphasen-Schmelzwachstum von Galliumoxid erreicht eine Wachstumsrate von 10–30 mm pro Stunde, was für einen Ofen zwei Tage dauert, während dies bei SiC, das mithilfe einer Gasphasenmethode gewachsen wird, der Fall ist eine Wachstumsrate von 0,1–0,3 mm pro Stunde, die 7 Tage pro Ofen anhält.

Niedrige Produktionslinienkosten und schneller Hochlauf für Galliumoxid-Wafer: Galliumoxid-Wafer-Produktionslinien haben große Ähnlichkeit mit Si-, GaN- und SiC-Waferlinien, was zu niedrigeren Umwandlungskosten führt und die schnelle Industrialisierung von Galliumoxid erleichtert.


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